Universität zu Köln

Neelakanta, Girish (2005). Genome variations in commensal and pathogenic E.coli. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Comparative genomics of the four E.coli strains MG1655, CFT073 and O157-EDL933 and Sakai has provided a wealth of information in understanding the continual expansion and retraction of E.coli genomes in detail. In this study, a systematic analysis was performed to assess the DNA polymorphisms at the region of bgl/Z5211-Z5214 island encoded systems, c1955-c1960 island encoded system and lac region in 25 septicemic, 32 uropathogenic, 1 asysmptomatic bacteriuria, 81 human commensals and 32 animal commensal E.coli strains and were compared to that seen in the four sequenced E.coli strains. Based on the observations E.coli strains were typed at the bgl/Z5211-Z5214 locus into five main types and one sub type: MG1655 type, CFT073 type, O157 type, fourth type, fifth type and mixed type. Approximately, 20% of the strains have bgl region like MG1655, 26% have bgl region like CFT073, 20% have Z5211-Z5214 region like O157, 20% have upstream sequence like O157 followed by bgl and downstream like MG1655 (with hybrid yieI gene) and 11% of the strains with the exception of downstream yieI gene have MG1655 sequence in the upstream, bgl and in the downstream region. Mixed type strains have mixture of sequences from MG1655, CFT073 and O157 in the bgl/Z5211-Z5214 region. In addition, three different types of beta-glucoside utilization phenotypes were seen. 35% of the strains papillate like MG1655, 16% of the strains papillate more frequently than MG1655 and 15% showed weak Bgl+ (relaxed) phenotype. All the strains that showed relaxed phenotype carried CFT073 type bgl operon, indicating CFT073 bgl sequence is important for relaxed phenotype and not vice versa. Mutations in the genes that are necessary for general cellular metabolism like amino acid biosynthesis and nucleotide biosynthesis abolished the relaxed phenotype. The analysis also demonstrated that the sequence variations seen at the bgl promoter region in the CFT073 bgl/Z type strains does not significantly influence the bgl expression in E.coli K-12 background. Furthermore, an additional beta-glucoside system was identified. This system corresponds to c1955-c1960 region of the CFT073 chromosome. The analysis of c1955-c1960 region revealed that 97 out of 171 strains carried c1955-c1960 system. The presence of c1955-c1960 was observed to be predominant in the strains that carry CFT073 type bgl. In a second line of investigation, it was demonstrated that c1955-c1960 system encodes genes for beta-glucoside utilization. It carries a CAP dependent promoter and is catabolically repressed in the presence of glucose. In order to analyze whether the typing at the bgl/Z5211-Z5214 locus has any correlations with the other sugar utilizing systems, the lactose utilization phenotypes were determined. Nine out of 171 strains showed Lac- phenotype, in which six of them belong to O157 type (at bgl/Z5211-Z5214). Taken together, the analysis demonstrates the genetic diversity among the E.coli strains. Moreover, it may provide an insight in considering bgl/Z5211-Z5214 island region as a marker for devising a novel strain-typing method for E.coli isolates.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Die vergleichende Analyse des Genoms der vier E. coli Stämme MG1655, CFT073, O157-EDL933 und Sakai hat einen detaillierten Einblick in das Verständnis von Expansion und Verkleinerung von E. coli Genomen geliefert. In der vorliegenden Arbeit wurden die DNA Polymorphismen analysiert die in den Gen Regionen von bgl/Z5211-Z5214, c1955-c1960 und lac vorkommen und zwar in 25 septischen, 32 uropathogenen, 1 asymptomatischen Bakteriuria, 81 Mensch kommensalen und 32 Tier kommensalen E. coli Stämmen, im Vergleich zu den vier sequenzierten Genomen. Auf der Basis der Ergebnisse an bgl/Z5211-Z5214 konnten die typisierten E.coli Stämme in fünf Haupttypen und einen Subtypen gruppiert werden: MG1655 Typ, CFT073 Typ, O157 Typ, vierter Typ, fünfter Typ und gemixter Typ. Ungefähr 20 % der Stämme haben eine bgl Region ähnlich zu MG1655, 26% ähnlich zu CFT073, 20% haben eine Z5211-Z5214 ähnlich zu O157, 20% haben eine upstream Sequenzen ähnlich zu O157, gefolgt von einer bgl und downstream-artigen Region ähnlich zu MG1655 (mit Mischling yieI Gens). 11% der Stämme, mit der Ausnahme eines yieI Gens, haben MG1655 Sequenzen in der upstream Region, bgl und auch downstream Region. Mix Typ Stämme haben eine Mixtur von MG155, CFT073 und O157 in der bgl/Z5211-Z5214 Region. Weiterhin wurden drei unterschiedliche beta-Glukosid Nutzungstypen gefunden. 35% der Stämme papillieren wie MG1655, 16% der Stämme öfter als MG1655 und 15% zeigen schwache Bgl+ (relaxed) Phänotypen. Alle Stämme mit dem relaxed Phänotyp zeigten ein CFT073 artiges bgl operon, was andeutet daß die CFT073 bgl Sequenz eine Vorraussetzung für den schwachen Phänotyp ist und nicht umgekehrt. Mutationen in Genen die für den generellen zellulären Metabolismus benötigt werden, wie etwa Aminosäure Synthese oder Nukleotid Biosynthese, führten zu einer Verändernung des relaxed Phänotyps. Die Ergebnisse zeigen auch, daß Sequenz Variation in der bgl Promotor Region in den CFT073 bgl/Z Typ Stämmen keinen signifikanten Einfluß auf die bgl Expression im E.coli K-12 Hintergrund hat. Es konnte auch ein zusätzliches beta-Glukosid System identifiziert werden. Dieses System entspricht der c1955-c1960 Region des CFT073 Chromosoms. Die Analyse der c1955-c1960 Region zeigte, daß 97 von 171 Stämmen das c1955-c1960 System besitzen. In den Stämmen mit dem CFT073 bgl Typ kam das c1955-c1960 System vorzugsweise vor. Es konnte gezeigt werden, daß das c1955-c1960 System Gene für die beta-Glukosid Nutzung kodiert. Es hat einen CAP abhängigen Promotor und ist durch Glukose katabolisch reprimiert. Um zu untersuchen, ob der bgl/Z5211-Z5214 Lokus Korrelationen mit anderen Zucker Nutzungs Systemen zeigt, wurden Lactose Nutzungs Phänotypen analysiert. Neun der 171 Stämme zeigte einen Lac- Phänotyp, wobei sechs dem O157 Typ (bgl/Z5211-Z5214) entsprechen. Diese Untersuchungen zeigen die genetische Diversität von E.coli Stämmen. Die Ergebnisse ergeben einen Einblick in die Frage, ob sich die bgl/Z5211-Z52124 Region als Marker für eine neue Typisierungsstrategie von E.coli Isolaten eignet. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Neelakanta, Girish neel203@rediffmail.com or girish.neelakanta@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-14221
Date:	2005
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language E.coli, Genome variations, genomic islands, â-glucosides, bgl operon English
Date of oral exam:	31 January 2005
Referee:	Name Academic Title Schnetz, Karin Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1422